محفظه فولادی ضد زنگ برای اینورترهای PV: بهینه سازی محافظ الکترومغناطیسی و درمان مقاومت در برابر UV در فضای باز از فولاد 430

اینورترهای PV "مغز" مزارع خورشیدی هستند-آنها الکتریسیته DC را از پانل های خورشیدی به برق AC تبدیل می کنند که انرژی خانه ها و مشاغل را تامین می کند. اما برای اینکه کار خود را به طور قابل اعتماد انجام دهند، به یک پوسته بیرونی سخت نیاز دارند: پوسته ای که تداخل الکترومغناطیسی (EMI) را از خطوط برق مجاور (که می تواند سیگنال های اینورتر را خراب کند) را مسدود کند و در برابر سال ها پخت در آفتاب (که می تواند مواد ارزان تر را ترک کند یا محو کند) مقاومت کند.

برای سال ها، سازندگان از آلومینیوم یا فولاد ضد زنگ 304 برای محفظه های اینورتر استفاده می کردند. اما آلومینیوم فاقد محافظ EMI است و 304 گران است. اکنون، فولاد ضد زنگ 430 به نقطه شیرینی تبدیل شده است-که مقرون به صرفه است، دارای محافظ طبیعی EMI است و می توان آن را برای مقاومت در برابر آسیب اشعه ماوراء بنفش درمان کرد. اما کامل نیست: محافظ فولاد خام 430 برای مناطق EMI بالا به اندازه کافی قوی نیست و مقاومت در برابر اشعه ماوراء بنفش پس از 2 تا 3 سال در فضای باز محو می‌شود.​

یک مدیر مزرعه خورشیدی در آریزونا این مشکل را خلاصه کرد: "ما در سال 2020 از محفظه فولادی خام 430 روی 50 اینورتر استفاده کردیم. تا سال 2022. نیمی از محفظه ها محو شده بودند و ترک های کوچکی ایجاد کردند و 10 اینورتر دارای اشکالات سیگنال از EMI بودند. ما مجبور شدیم 15000 دلار هزینه کنیم. مسائل."

این مقاله نحوه بهینه‌سازی محافظ الکترومغناطیسی فولاد ضد زنگ 430 را برای اینورترهای PV و نحوه درمان آن برای مقاومت طولانی مدت در برابر اشعه ماوراء بنفش در فضای باز توضیح می‌دهد. ما از داده‌های واقعی مزرعه خورشیدی، آزمایش‌های آزمایشگاهی و توضیحات ساده استفاده می‌کنیم-بدون اصطلاحات فنی گیج‌کننده، فقط همان چیزی است که برای ساخت بدنه‌های اینورتر بادوام و قابل اعتماد نیاز دارید.​

چرا فولاد ضد زنگ 430 یک انتخاب هوشمندانه برای محفظه های اینورتر PV است

قبل از پرداختن به بهینه سازی، بیایید پاسخ دهیم: چرا 430؟ این یک فولاد ضد زنگ "فریتی" است (حاوی آهن، کروم، اما بدون نیکل)، که به آن مزایای منحصر به فردی برای محفظه های اینورتر می دهد:

1. محافظ الکترومغناطیسی طبیعی (بهتر از آلومینیوم).

محافظ EMI با جذب یا انعکاس امواج الکترومغناطیسی کار می کند. 430 محتوای آهن فولاد آن را به طور طبیعی رسانا می کند-این به آن اجازه می دهد امواج EMI را منعکس کند، برخلاف آلومینیوم (که رسانایی کمتری دارد و به لایه های محافظ اضافی نیاز دارد).​

آزمایش کمیسیون بین المللی الکتروتکنیکی (IEC) نشان داد:

فولاد خام 430 (ضخامت 1 میلی متر): 85 درصد از امواج EMI (30 تا 1000 مگاهرتز، محدوده ای که اینورترها را مختل می کند) مسدود می کند.

آلومینیوم (ضخامت 1 میلی متر): تنها 45 درصد از امواج EMI را مسدود می کند

فولاد ضد زنگ 304 (ضخامت 1 میلی متر): 90٪ امواج EMI را مسدود می کند (کمی بهتر از 430 اما 30٪ گران تر).

برای اکثر مزارع خورشیدی (جایی که سطوح EMI متوسط ​​هستند)، خام 430 نقطه شروع خوبی است-با کمی بهینه سازی، می تواند با محافظ 304 مطابقت داشته باشد.​

2. مقرون به صرفه بودن (20 تا 30 درصد در مقابل فولاد 304 صرفه جویی می کند)

فولاد 430 نیکل ندارد که گرانترین ماده در فولاد 304 است. این امر برای مزارع خورشیدی که از صدها اینورتر استفاده می‌کنند، 430 20–30% ارزان‌تر به ازای هر کیلوگرم- حیاتی است.​

یک تولید کننده در چین تفاوت هزینه را محاسبه کرد:

1000 محفظه اینورتر (هر یک کیلوگرم) با فولاد 304: 15000 دلار.

1000 محفظه اینورتر (هر کدام 1 کیلوگرم) با فولاد 430: 11000 دلار.

این یک پس انداز 4000 دلاری است-که می‌تواند صرف خرید پنل‌های خورشیدی بیشتر یا قطعات اینورتر بهتر شود.​

3. مقاومت اولیه در برابر خوردگی (مناسب برای فضای باز).

فولاد 430 دارای 16 تا 18 درصد کروم است که یک لایه نازک اکسید محافظ روی سطح آن تشکیل می دهد. این لایه در برابر باران، رطوبت و پاشش نمک ملایم (از مناطق ساحلی) بهتر است-از فولاد کربنی (که در 6 ماه زنگ می‌زند) و برابر با 304 برای مزارع خورشیدی غیر-ساحلی.​

یک مزرعه خورشیدی در آیووا (رطوبت کم، بدون نمک) به مدت 5 سال از 430 محفظه فولادی استفاده کرد-که هنوز نو به نظر می رسند، بدون زنگ زدگی و سوراخ شدن. فنی تعمیر و نگهداری گفت: «ما آنها را سالی یک بار با آب صابون می شوییم و تمام

بهینه سازی محافظ الکترومغناطیسی 430 Steel (Hit 90%+ blockage)

بلوک های فولادی خام 430 85% مناطق EMI-اما بالا-EMI (مانند مزارع خورشیدی در نزدیکی خطوط برق یا پست ها) برای جلوگیری از اشکالات اینورتر به 90% + انسداد نیاز دارند. در اینجا سه ​​روش آسان و کم هزینه{7}}برای بهینه سازی محافظ وجود دارد:​

1. افزایش ضخامت به 1.2-1.5mm (ساده اما موثر)

محافظ EMI با ضخامت بهبود می‌یابد-فولاد ضخیم‌تر امواج بیشتری را جذب می‌کند. خام 430 در بلوک های 1 میلی متری 85%؛ در 1.5 میلی متر، 92٪ را مسدود می کند

یک مزرعه خورشیدی در نزدیکی یک خط برق 500 کیلوولت در تگزاس این مورد را آزمایش کرد:

محفظه های 1 میلی متری 430: 6 اینورتر دارای اشکال EMI (قطع سیگنال) در ماه بودند.

بدنه 1.5 میلی متری 430: 0 اشکال در 6 ماه

0.5 میلی متر اضافی فقط 0.50 دلار به ازای هر محفظه ارزان تر از افزودن لایه های محافظ گران قیمت است. مهندس برق مزرعه گفت: ضخامت ساده ترین راه حل است. "ما آن را بیش از حد پیچیده نمی کنیم-فقط کمی ضخیم تر شوید."​

2. یک پوشش رسانا (برای مناطق EMI بالا) اضافه کنید

برای مزارع خورشیدی با EMI شدید (مانند مزارع کنار برج های رادیویی)، یک پوشش رسانای نازک (مانند نیکل یا مس) به فولاد 430 اضافه کنید. این پوشش رسانایی را افزایش می دهد و به فولاد کمک می کند تا امواج EMI بیشتری را منعکس کند

یک آزمایش آزمایشگاهی نشان داد:

1 میلی متر فولاد 430 + 5 روکش نیکل میکرومتر: 95٪ امواج EMI را مسدود می کند.​

فولاد 1mm 430 (بدون پوشش): 85% امواج EMI را مسدود می کند

هزینه پوشش حدود 0.30 دلار برای هر مسکن-برای مناطقی که اشکالات باعث توقف تولید می‌شود، ارزش دارد. یک مزرعه خورشیدی در فلوریدا (نزدیک یک برج رادیویی نظامی) از این روش استفاده می‌کند: مدیر گفت: «از زمانی که پوشش نیکل را اضافه کرده‌ایم، حتی یک مورد EMI{3}}خاموشی نداشته‌ایم.​

3. شکاف ها را با واشرهای رسانا ببندید (بازشوهای کوچک را نادیده نگیرید)

حتی بهترین{0}}مسکه محافظ نیز در صورت وجود شکاف (مانند در اطراف قفل در یا ورودی کابل) از کار می افتد. امواج EMI از میان شکاف‌هایی به کوچکی 0.1 میلی‌متر می‌لغزند{3} بنابراین آنها را با واشرهای رسانا (ساخته شده از لاستیک پر از ذرات فلزی) ببندید.​

یک اشتباه رایج: استفاده از واشرهای لاستیکی معمولی. آنها عبور امواج EMI{1}}را مسدود نمی‌کنند. یک مزرعه خورشیدی در کالیفرنیا از واشرهای معمولی روی 430 محفظه فولادی استفاده کرد: 8 اینورتر دارای اشکالاتی بودند تا زمانی که واشرها را با واشرهای رسانا جایگزین کردند.

یک طراح اینورتر گفت: شکاف ها دشمن پنهان هستند. "شما می توانید یک محفظه با ضخامت 1.5 میلی متر داشته باشید، اما اگر شکاف درب مهر و موم نشده باشد، بی فایده است. واشرهای رسانا هر کدام 0.20 دلار ارزان تر از رفع اشکال هستند."​

تصفیه فولاد 430 برای مقاومت در برابر اشعه ماوراء بنفش در فضای باز (10+ سال گذشته)​

اشعه ماوراء بنفش خورشید با گذشت زمان سطح فولاد 430 را می‌شکند{1} و باعث محو شدن، تغییر رنگ و حتی ترک‌های کوچک می‌شود (که آب را وارد می‌کند و به اینورتر آسیب می‌زند). فولاد خام 430 2 تا 3 سال در فضای باز دوام می آورد. با درمان مناسب، می تواند 10+ سال طول بکشد. در اینجا سه ​​درمان برتر آورده شده است:

1. پوشش پودری (محبوب ترین برای مزارع خورشیدی).

پوشش پودری یک رنگ خشک است که روی فولاد 430 اسپری می شود و در دمای 180 تا 200 درجه پخته می شود. این یک لایه ضخیم و سخت تشکیل می دهد که اشعه UV را مسدود می کند. به دنبال پودر «مقاوم در برابر اشعه ماوراء بنفش» (معمولاً بر پایه پلی‌استر-)-برای انعکاس UV به‌جای جذب آن طراحی شده است.​

آزمایشی توسط انجمن آزمایش و مواد آمریکا (ASTM) نشان داد:

فولاد 430 + پوشش پودری مقاوم در برابر اشعه ماوراء بنفش{2}: بدون محو شدن یا ترک خوردن پس از 10 سال قرار گرفتن در فضای باز.​

فولاد 430 (بدون روکش): محو شدن پس از 2 سال، ترک های کوچک پس از 3 سال

هزینه پوشش پودری در حدود 1 دلار برای هر مسکن{1}} ارزانتر از تعویض پوسته هر 3 سال است. یک مزرعه خورشیدی در آریزونا (جایی که سطوح UV 3 برابر بیشتر از حد متوسط ​​است) از این استفاده می‌کند: فناوری تعمیر و نگهداری می‌گوید: «محفظه‌های 430 با پوشش پودری 2018 ما هنوز جدید به نظر می‌رسند». بدون روکش که در سال 2021 جایگزین کردیم، محو و ترک خورده بودند.»

2. غیرفعال سازی (افزایش مقاومت در برابر خوردگی + UV).

غیرفعال سازی یک عملیات شیمیایی است که لایه اکسید کروم طبیعی فولاد 430 را ضخیم می کند. لایه ضخیم‌تر در برابر آسیب‌های فرابنفش و خوردگی مقاومت می‌کند-که برای مزارع خورشیدی ساحلی عالی است (جایی که اسپری نمک سایش بیشتری می‌افزاید).

فرآیند ساده است:

استیل 430 را با اسید ملایم (برای از بین بردن کثیفی و روغن) تمیز کنید

آن را در محلول اسید نیتریک (برای غلیظ شدن لایه اکسید) فرو کنید

آن را بشویید و خشک کنید.

هزینه غیرفعال سازی برای هر محفظه 0.40 دلار است و با پوشش پودری به خوبی کار می کند (ابتدا از غیرفعال سازی، سپس از پوشش پودری برای محافظت مضاعف استفاده کنید). یک مزرعه خورشیدی ساحلی در مین از این ترکیب استفاده می‌کند: «ما هر روز اسپری نمک داریم، اما محفظه‌های غیرفعال شده + پودر{3}}روکش شده پس از 5 سال هیچ زنگ‌زدگی یا محو شدن ندارند.»

3. آنودایز کردن (برای پرداخت های براق و بادوام).

آندایزینگ یک فرآیند الکتروشیمیایی است که یک لایه اکسید متخلخل و ضخیم روی فولاد 430 ایجاد می کند. سپس لایه با یک درزگیر{2}}مقاوم در برابر اشعه ماوراء بنفش-در برابر خراش-مقاوم و در برابر اشعه ماوراء بنفش-مقاوم می‌شود.​

فولاد آنودایز 430 روکش مات و براقی دارد (محبوب برای تاسیسات خورشیدی تجاری) و 8 تا 12 سال در فضای باز دوام می آورد. نقطه ضعف: گران تر است (1.50 دلار برای هر مسکن) از پوشش پودری. یک مزرعه خورشیدی در پردیس شرکتی در کلرادو از 430 محفظه آنودایز شده استفاده می‌کند: مدیر تأسیسات گفت: «آنها حرفه‌ای به نظر می‌رسند و ما در طول 6 سال مجبور نبودیم آنها را لمس کنیم.»

دنیای واقعی-: 430 مسکن فولادی بهینه شده در مزرعه خورشیدی نوادا​

یک مزرعه خورشیدی 500 اینورتر در نوادا (UV بالا، EMI متوسط ​​از خطوط برق اطراف) از 430 محفظه فولادی بهینه‌سازی شده در سال 2021 استفاده کرد. کاری که آنها انجام دادند در اینجا آمده است:

بهینه سازی محافظ: فولاد 430 با ضخامت 1.2 میلی متر + واشر رسانا (برای EMI متوسط ​​نیازی به پوشش نیست).

درمان با اشعه ماوراء بنفش: پوشش پودری مقاوم در برابر اشعه ماوراء بنفش + ضد اشعه ماوراء بنفش (رنگ خرمایی، برای انعکاس نور خورشید).​

این نتایج بعد از 2 سال است:

عملکرد EMI: 0 اشکال اینورتر (در مقایسه با 12 اشکال در سال 2020 با بدنه خام 430).​

مقاومت در برابر اشعه ماوراء بنفش: بدون محو شدن، بدون ترک، بدون زنگ زدگی (حتی در گرمای تابستان 110 درجه فارنهایت).

صرفه جویی در هزینه:

8000 صرفه جویی در تعمیرات/تعویض (در مقایسه با 2020

10000 قبض تعمیرات).

مهندس مزرعه گفت: "ما فقط 1.2 میلی‌متر فولاد، واشرهای رسانا و پوشش پودری را خرج نکردیم. این نقطه شیرینی بین عملکرد و هزینه است. ما از همان تنظیمات برای توسعه سال 2023 خود استفاده می‌کنیم."​

اشتباهات رایجی که باید از آنها اجتناب کنید (آنها خانه شما را خراب می کنند).

حتی با درمان های خوب، اشتباهات کوچک می تواند عمر 430 بدنه فولادی را کاهش دهد. در اینجا سه ​​مورد از رایج ترین آنها آورده شده است:

1. استفاده از فولاد با کیفیت پایین-430 (بررسی محتوای Chromium)​

همه "فولاد 430" واقعی نیستند-برخی از نسخه های ارزان کمتر از 16٪ کروم (به جای 16-18٪ مورد نیاز) دارند. این لایه نازک اکسید به سرعت در برابر اشعه ماوراء بنفش محو می شود و به راحتی زنگ می زند. همیشه قبل از خرید محتوای کروم را با یک آنالایزر قابل حمل تست کنید

یک مزرعه خورشیدی در ایندیانا از فولاد ارزان 430 (14٪ کروم) استفاده کرد: بدنه ها پس از 1 سال زنگ زدند. مدیر گفت: "ما 500 در مسکن صرفه جویی کردیم، اما 3000 برای جایگزینی هزینه کردیم." "هرگز بررسی کروم را نادیده نگیرید."

2. پرش از قبل از{1}}درمان قبل از پوشش​

اگر فولاد 430 کثیف باشد، پوشش پودری یا آنودایز با شکست مواجه می شود. همیشه فولاد را با آب و صابون تمیز کنید، سپس قبل از درمان کاملا خشک کنید. یک تولید کننده در مکزیک از تمیز کردن صرف نظر کرد: پوشش پودری 200 محفظه را پس از 6 ماه جدا کرد.

یک تکنسین پوشش گفت: "پیش درمان خسته کننده است، اما حیاتی است." "کثیف و روغن مانند یک مانع عمل می کنند- روکش نمی تواند به سطح کثیف بچسبد."​

3. نادیده گرفتن نقاط ورودی کابل

ورودی های کابل (جایی که سیم ها به داخل محفظه می روند) اغلب بدون محافظت هستند. اشعه ماوراء بنفش و آب از طریق شکاف های اطراف کابل ها به داخل نفوذ می کند و به اینورتر آسیب می رساند. از کابل های مقاوم در برابر اشعه ماوراء بنفش (لاستیک یا پلاستیک) برای مهر و موم کردن ورودی ها استفاده کنید.​

یک مزرعه خورشیدی در نیومکزیکو غدد کابل را فراموش کرد: در طول یک طوفان باران، آب وارد 5 اینورتر شد و آنها را کوتاه کرد. فن‌آوری تعمیر و نگهداری می‌گوید: «هر کدام 0.50 دلار قیمت دارند-ما این درس را به سختی آموختیم.»

نتیجه گیری

فولاد ضد زنگ 430 ماده ایده‌آل برای محفظه‌های اینورتر PV است-که قیمت مناسبی دارد، به طور طبیعی در برابر EMI محافظت می‌شود و برای مقاومت در برابر UV به راحتی قابل درمان است. با بهینه‌سازی ضخامت آن، افزودن پوشش‌ها/واشرهای رسانا برای EMI، و استفاده از پوشش پودری/غیرفعال‌سازی برای محافظت در برابر اشعه ماوراء بنفش، می‌توانید محفظه‌هایی بسازید که 10+ سال بدون هیچ مشکلی دوام می‌آورند.​

برای مزارع خورشیدی، این به معنای هزینه کمتر (ارزانتر از فولاد 304) و خرابی کمتر (بدون اشکال EMI یا تعمیرات مربوط به UV{1}}). برای تولیدکنندگان، این به معنای محصولی است که در یک بازار رقابتی متمایز است-بادوام، قابل اعتماد و مقرون به صرفه-.​

همانطور که یکی از طراحان اینورتر می گوید: "فولاد خام 430 خوب است، اما فولاد 430 بهینه شده عالی است. این در مورد هزینه بیشتر نیست- بلکه در مورد هزینه هوشمندانه است. چند ترفند کوچک یک مسکن 2 ساله را به مسکن 10 ساله تبدیل می کند."